MVR蒸发技术在氯碱行业应用现状及展望

张佳兴，董文虎，孙玉堂，孙广军，孙 颖

（营创三征（营口）精细化工有限公司，辽宁 营口 115003）

MVR蒸发技术在氯碱行业应用现状及展望

张佳兴，董文虎，孙玉堂，孙广军，孙 颖

（营创三征（营口）精细化工有限公司，辽宁 营口 115003）

根据MVR蒸发技术在氯碱行业的应用实例，阐述了MVR蒸发技术的特点和优势，分析了该技术在国内推广遭遇的困境。针对造成困难的症结，结合国内传统蒸发设计经验和装备制造能力水平的评价，理性地提出解决方案。

MVR蒸发；传统蒸发；全卤制碱；回收淡盐水制碱；蒸汽压缩机

1 MVR技术与全卤制碱

中国现有大型氯碱企业许多都是依托盐矿建设的，这些工厂为了降低成本，利用自有盐矿资源，希望实现全卤制碱。而全卤制碱，必须面对的问题就是出槽淡盐水的重饱和。在距离盐井较近的氯碱工厂，一般采用出槽淡盐水返井重饱和工艺。对于距卤水井较远的氯碱工厂或者为了避免因淡盐水返井污染盐矿的情况下，无法实现全卤制碱，采用MVR蒸发技术将淡盐水浓缩至饱和，实现全卤制碱，成为新的选择。2011年，重庆映天辉首家在国内采用该技术实现全卤制碱。

当然，采用传统蒸发浓缩淡盐水工艺，技术上固然可行，但蒸发成本高于可接受程度。所以在MVR蒸发技术用于全卤制碱之前，还没有氯碱工厂采用传统蒸发淡盐水全卤制碱的先例，另外，膜法淡盐水浓缩技术，到目前为止还达不到工业化应用的条件。

2 MVR技术与含盐废水回收利用

目前，多数工厂对含盐废水的处理，采用传统的蒸发工艺，副产固体盐。由于这种处理方式能耗太高，导致多数下游氯产品的废水处理成本难以承受(除非该氯产品附加值极高)。

随着环保废水排放标准的提高和环境执法力度的加强，有远见的氯碱企业，开始尝试将有机含盐废水，通过净化处理，回收利用到氯碱生产，替代原料盐。这种对氯碱下游产品副产含盐废水回收到氯碱生产循环再利用的模式，将成为氯碱行业未来发展的方向。

有机含盐废水中，氯化钠含量一般在5%～20%之间，因此，含盐废水回收利用，往往会因水量过大，而限制了回用量。采用MVR淡盐水浓缩技术，是低成本实现大量含盐废水回用的有效途径。

3 MVR蒸发技术简介

蒸汽机械再压缩技术(简称MVR)，是重新利用蒸发浓缩过程中产生的二次蒸汽的冷凝潜热，从而减少蒸发浓缩过程对外界能源需求的一项先进节能技术。20世纪60年代，德国、法国成功将该技术用于化工液碱蒸发、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。MVR工作原理是将低温位的二次蒸汽，经蒸汽再压缩机压缩，提高温度、压力和热焓，再进入蒸发器冷凝供热，以充分利用蒸汽的潜热。这样，原来要排放的废蒸汽得到充分利用，既回收其潜热，提高热效率，又可回收了蒸汽冷凝液。MVR系统除开车启动外，正常运行后，整个蒸发过程无需生蒸汽，能源利用效率相当于多效蒸发的20效[1]。

MVR技术将蒸发器与蒸汽泵相结合，以消耗部分高质能(热能、机械能、电能等)为代价，通过热力循环压缩过程，把从蒸发器出来的二次低温位蒸汽转变为高温位蒸汽，再送到蒸发器的加热室用作加热蒸汽，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。这样在处理浓缩淡盐水时，蒸发淡盐水所需的热能由蒸汽冷凝和冷凝水冷却时释放的热能提供。在运作过程中，几乎可以忽略潜热的流失。运作过程中，消耗仅是驱动蒸发器内废水、蒸汽和冷凝水循环、流动的水泵、蒸汽泵及控制系统所消耗的电能。据计算，浓缩1t淡盐水电耗仅36kW·h。MVR蒸发工艺简图见图1。

图1 MVR蒸发工艺简图

4 MVR蒸发技术在氯碱行业的应用实例

4.1 利用MVR蒸发技术全卤制碱

他在1961年提出了自己的想法，后来将它们汇编成一系列报告。还有另外一位英国科学家差不多在同一时间得出了类似的结论，他称之为“分组交换”技术。数年之后，美国国防部高级研究计划署将他们的想法付诸行动，建立了一个早期网络，并称之为阿帕网（ARPANET）。阿帕网后来逐渐演变成为我们今天的互联网，它是互联网的前身。它的基本架构仍然依赖于可为信息包找到最快路由的分布式网络思想。

自重庆映天辉采用MVR蒸发技术后，中国氯碱行业已先后有6家以上的氯碱企业采用该技术实现全卤制碱。映天辉为代表的MVR技术全卤制碱工艺技术特点如下。

(1)淡盐水浓缩(物料)系统

自脱氯工序来的淡盐水，部分经膜法除硝后进入淡盐水中间槽，另一部分直接进入淡盐水中间槽，通过泵送往预热器进行预热，与蒸汽冷凝水、蒸汽冷凝水和浓盐水并联换热后，进入降膜蒸发器提浓到250～280 g/L，出降膜蒸发器再送往强制循环蒸发器进行进一步蒸发，出料浓盐水浓度控制在310～315 g/L，再进入一次精盐水贮槽，由盐水泵直接打入树脂塔，进行二次盐水精制。

(2)二次蒸汽系统

在淡盐水浓缩过程中，降膜蒸发器和强制循环蒸发器内同时产生二次蒸汽，通过降膜蒸发器和强制循环蒸发器内的除沫器进行第一次除沫，除掉二次蒸汽中夹带的部分氯离子和其他杂质。二次蒸汽进入二次蒸汽洗涤器，通过洗涤泵用洗涤器内的循环洗涤水，第二次洗涤二次蒸汽，产生的冷凝液通过调节阀调节液位，排出系统。洗涤后的二次蒸汽再次用加热室冷凝液，进行第三次洗涤，确保进入压缩机的二次蒸汽中含盐量低于10×10-6，保证蒸汽压缩机长期安全稳定运行。合格的二次蒸汽进入第一和第二级蒸汽压缩机进行加压升温。为了避免二次蒸汽过热，使用加热室产生的冷凝液，对压缩机和二次蒸汽管道进行喷雾降温，获得需要的饱和蒸汽。加压和升温后的二次蒸汽，进入降膜蒸发器和强制循环蒸发器加热室，通过热量交换，将热量传递给蒸发器内的淡盐水进行蒸发，产生二次蒸汽，实现二次蒸汽的循环利用。

系统出来的冷凝水，含盐控制＜20 mg/L，电导率＜40 μs/cm，符合一般脱盐水质量，可用于树脂塔再生或锅炉给水等。如果想用于树脂塔再生和电解槽阴极室补水，只需要经过一道装有阴、阳的离子交换树脂塔，进一步吸附微量的盐，使电导率降至＜2 μs/cm，就能满足氯碱生产对纯水的质量要求。

该工艺装置工艺流程示意图见图2。

4.2 MVR淡盐水浓缩回收淡盐水制碱工艺

如果氯碱企业除了电解槽出来的淡盐水之外，还有其他生产氯产品副产淡盐水，拟通过净化处理，做为回收淡盐水用于氯碱电解原料，这就意味着有更多的水分需要从系统中分离出来。这种情况下，采用MVR技术，只蒸发出槽淡盐水，除掉系统多余的水份的方案，比2种淡盐水混合同时蒸发更经济。营创三征生产主导氯产品过程，副产大量有机含盐废水，通过自主开发净化处理工艺技术，在全行业首家采用MVR技术，实现这种含盐废水回收，用于氯碱生产工艺。

图2 MVR淡盐水浓缩全卤制碱工艺

(1)MVR淡盐水浓缩回收盐水制碱工艺

MVR淡盐水浓缩回收盐水制碱工艺与MVR淡盐水浓缩全卤制碱工艺唯一不同的是全卤制碱工艺只出浓盐水(310 g/L)，而回收淡盐水制碱工艺中蒸发器出料不仅要出浓盐水，还要出一部分固体盐，用于饱和回收淡盐水的需要，即总的除水量Q＝(出槽淡盐水量+回收淡盐水量)-重饱和后盐水量，见图3。

图3 MVR出槽淡盐水浓缩回收淡盐水制碱工艺

对于出槽淡盐水和回收淡盐水2种盐水，如果选择只蒸发出槽淡盐水工艺优点在于：

a.从能量利用方面，出槽淡盐水自身具有更高的温度(60～75℃)。

b.出槽淡盐水，纯度更高，蒸发出浓盐水，不需再经过一次盐水精制，就可直接进树脂塔，如果2种淡盐水混和后再蒸发，出槽淡盐水将被污染后蒸发出来的浓盐水就必须返回一次盐水重新精制处理，这势必增加一次盐水工序负担和精制成本。

(2)MVR蒸发比传统蒸发技术的运行成本优势

MVR蒸发技术装置全部运行只耗电，不耗蒸汽，蒸发1t水总耗电36kW·h，如果电价按0.55元/kW·h计，采用MVR蒸发工艺，蒸发1 t水成本19.8元；而传统三效蒸发工艺，蒸发1 t水耗蒸汽0.4 t，耗电18 kW·h，如果蒸汽价格按180元/t计，采用传统蒸发工艺，蒸发1 t水成本为81.9元，由此可见，传统蒸发运行成本是MVR蒸发的4倍多。

(3)MVR蒸发技术可实现的附加功能

采用MVR淡盐水浓缩工艺，蒸发系统出料方式，可以设计成既可以浓缩盐水出料，也可以具有盐浆出料功能。增加浓浆出料功能的蒸发系统，能从进料淡盐水中分离出更多的水分 (出料达到过饱和)。此外，通过盐浆出料还可以利用特殊功能是在出盐浆操作条件下，能分离出盐水中富集的某些杂质，其原理是在浓效蒸发器不断有盐析出时，浓缩液中的I-1、Na2SO4、NaClO3、TOC将被富集，这时候，排出浓缩液就可以带出大量的有害杂质。使系统杂质总量降下来。具体应用是，当氯碱装置运行，盐水系统某种杂质超过标准限值，比如，用了高碘的盐，使盐水系统含碘居高不下，可以在强制循环蒸发器暂停浓缩盐水出料，而开始出盐浆操作，随着蒸发的持续进行，蒸发器内的杂质将被不断浓缩，当浓缩倍数达到预期值时，通过排污管排除系统。这样可以通过排出少量的盐水，除去大量某种杂质的目的。利用浓缩排污方式除杂质的方法，浓缩倍数越高越省盐，但一般建议浓缩倍数控制在5～8倍，过高浓缩倍数可能引起蒸发器内氯酸盐高，对系统腐蚀加剧，以及影响二次蒸汽质量，损伤蒸汽压缩机等风险。

4.3 MVR技术的成熟性分析和前景预测

MVR技术上世纪60年代德国率先应用，八十年代在欧洲走向成熟并被广泛应用，随着国人节能和竞争意识的不断增强，近年来，该技术在国内备受有蒸发需要的各行业的关注。

广州新普利通过与瑞士一家掌握蒸发技术的专业公司合作，引进MVR蒸发工艺全套技术，2011年在重庆映天辉建设第一套MVR淡盐水浓缩装置，取得了成功。运行实际表明，各项指标达到预期目标，随后，新普利又在氯碱行业完成营创三征、金桥益海、四川永祥等7套装置的建设。

与传统蒸发技术相比，MVR技术有着明显的节能优势及广泛的应用前景。走出国内MVR推广应用困境的根本出路，就是要有传统蒸发经验的设计院，结合原有自身的蒸发技术优势，通过研究消化MVR技术与国内有实力的风机企业合作(由设计院根据不同工况，完成对压缩机选型或按工况提出风机使用条件，要求风机厂家量身定做)，有设计院对全套系统技术负责。对于有传统蒸发设计经验的专业设计院来说，对比传统蒸发工艺技术而言，MVR蒸发，由于蒸汽压缩机引用，使工艺变得更简单了。对于核心设备蒸汽压缩机而言，近年来，国内装备水平的取得快速发，风机设计和制造能力已经达到，为MVR技术提供各种形式满足要求的配套蒸汽压缩机。

营创三征建设的MVR淡盐水蒸发装置，2014年初投入运行，经过运行考核各项指标达到和优于设计预期。到2015年8月，二级蒸汽压缩机振动突然增大接近联锁停车值4.5 mm/s，停车对压缩机解体检查，发现叶轮多出开裂严重变形，该公司专业人员分析认为，叶轮制造存在质量缺陷造成的损坏，但压缩机制造单位瑞典Flackwoods公司专家认为是操作过程系统喘震等一系列可能的原因，并且压缩机1年的质量保证期已过，外方不承担任何责任，建议更换新叶轮，从瑞典Flackwoods原厂进口报价90万元，且供货周期6个月以上。

与国内多家风机厂交流后最终选择由陕西鼓风机有限公司制造，价格50万元，供货周期2个月。新叶轮安装调试投运后，各项指标均达到原设计水平，其中，重要考核指标运行振动值，降到2.7 mm/s，优于原厂叶轮运行指标3.6 mm/s。

蒸汽压缩机是MVR蒸发工艺的核心设备，而叶轮又是压缩机的核心部件，能做出好的叶轮，就意味着做好压缩机已不是问题，由此可见，蒸汽压缩机实现国产化可以实现。

一旦MVR技术全套国产化技术实现了突破，不仅设计费用成倍的降低，特别是核心设备蒸汽压缩机国产化，将为建设单位节省2/3的压缩机购置费，还会给后续备件采购和运行维护带来一系列方便，因此，未来采用MVR技术项目的投资会大幅度下降，自然会促进该技术快速成长，将使MVR技术的推广彻底进入良性发展阶段。可以预测，随着中国政府节能减排政策的加强和企业面对越发激烈的市场竞争环境需要，更多的工厂采用MVR蒸发技术来替代传统蒸发技术，将成为必然的发展趋势。

［1］闫成林，胡洪铭.机械蒸汽再压缩机（MVR）技术在全卤制碱工艺中的应用.中国氯碱，2011（10）：9-11.

MVR evaporation technology in chlor-alkail industry application situation and prospects

ZHANG Jia-xing，DONG Wen-hu，SUN Yu-tang，SUN Guang-jun，SUN Ying
（Ynnovate Sanzheng（Yingkou）Fine Chemical co.,Ltd.,Liaoning Yingkou，115003，China）

On the basis of the MVR evaporation technology application in chlor alkali industry，expounds the features and advantages of the MVR evaporation technology.Analyzed the technology in the domestic promotion encounters difficulties.In view of the difficulties caused by the crux of the problem，combined with domestic traditional evaporation design experience and equipment level of manufacturing capacity evaluation，rational forward solutions.

：MVR evaporate；traditional evaporation；marinating alkali；recovery of light saline alkali production；steam compressor

TQ028.6+1

1009-1785(2016)10-0001-04

2016-05-30